專利名稱：一種柔性鋰離子電池及其封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新一代能源存儲(chǔ)領(lǐng)域，特別涉及一種高性能柔性鋰離子電池的封裝和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
自鋰離子電池誕生之日起，它一直備受關(guān)注熱點(diǎn)關(guān)注，乃是當(dāng)今國際公認(rèn)的理想化學(xué)能源，具有電容量大、自放電低、平臺(tái)電壓高等諸多優(yōu)勢(shì)，迅速被廣泛用于移動(dòng)電話、 DV、筆記本電腦和軍事設(shè)備等領(lǐng)域，日益擴(kuò)大的電動(dòng)汽車領(lǐng)域?qū)⒔o鋰離子電池帶來更大的發(fā)展空間。縱觀科技發(fā)展，目前光電子器件的小型化，輕薄便攜化和柔性化是一種主導(dǎo)的今后的發(fā)展趨勢(shì)。有一些高科技的新型產(chǎn)品也相繼出現(xiàn)，如柔性顯示器，柔性太陽能電池，透明智能窗等。但是對(duì)于用途極為廣泛的較高性能的柔性鋰離子電池的研究還有不成熟之處，研制出高性能柔性鋰離子電池是目前國內(nèi)外迫切需要解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種柔性鋰離子電池，具有良好的柔性，可任意折疊彎曲，攜帶輕便，成本低。本發(fā)明的另一目的在于提供上述柔性鋰離子電池的封裝方法。一種柔性鋰離子電池，包括柔性電池外殼和位于柔性電池外殼內(nèi)部的電池主體， 柔性電池外殼內(nèi)灌注有電解液；所述電池主體包括依次疊放的正極電極片、隔膜和負(fù)極電極片。一種高性能柔性鋰離子電池的封裝方法，包括以下步驟(I)將由正極電極片、隔膜和負(fù)極電極片依次疊放形成的電池主體置于柔性電池外殼內(nèi)；(2)在柔性電池外殼內(nèi)灌注電解液；(3)對(duì)柔性電池外殼進(jìn)行封裝。所述負(fù)極電極片采用鈷酸鋅/碳布復(fù)合負(fù)極材料、氧化鋅、氧化錫、氧化鐵和氧化鎳中的一種，所述正極電極片采用鈷酸鋰、磷酸鐵鋰和錳酸鋰材料中的一種，所述柔性電池外殼采用鋁塑膜、PDMS、PET中的一種。本發(fā)明電池具有可任意折疊彎曲的柔性性能，但在折疊彎曲的過程中必須保證良好穩(wěn)定的電學(xué)特性，因此正極和負(fù)極材料的匹配性越好，則電池的電學(xué)特性越穩(wěn)定。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，所述正極電極片采用鈷酸鋰材料，所述負(fù)極電極片采用鈷酸鋅/碳布復(fù)合負(fù)極材料，獲取的電池的電學(xué)性能最好。另外，因?yàn)殁捤徜\負(fù)極材料生長在柔韌性極好的碳布基底上，因此負(fù)極電極片本身具有很好的柔性。所述鈷酸鋅/碳布復(fù)合負(fù)極材料按照如下方式制備(I)清洗炭布，放入高壓反應(yīng)釜內(nèi)襯；(2)將I 4mmo1硝酸鋒、2 8mmol硝酸鉆、0 4mmo1氣化按和5 IOmmol尿素混合后溶解在去離子水中后轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜內(nèi)襯中，對(duì)反應(yīng)釜加熱，自然冷卻，得到長有陣列樣品的碳布；(3)對(duì)長有陣列樣品的碳布煅燒得到鈷酸鋅陣列/碳布復(fù)合材料。所述反應(yīng)釜的加熱溫度為120 180°C，加熱時(shí)間5 10h。所述煅燒溫度400 500 V，煅燒時(shí)間I 5h。本發(fā)明具有如下有益效果a.針對(duì)目前鋰離子電池柔性很差，笨重和成本較高等諸多缺點(diǎn)，本發(fā)明的高性能柔性鋰離子電池具有良好柔性，輕薄，取材廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)。在彎折電池一百多次后電池的電學(xué)穩(wěn)定性良好，對(duì)電池的幾乎沒有影響。這種新穎的柔性鋰離子電池具有很高的實(shí)用價(jià)值和很好的發(fā)展前景。b.很大的提高了鋰離子電池的各方面性能，如電池循環(huán)幾十次沒有明顯的衰減出現(xiàn)，衰減率不足10%。具有較高比電容量。c.具有合適實(shí)際應(yīng)用的平臺(tái)電壓(33V)。研發(fā)出的柔性鋰離子電池可以成功點(diǎn)亮日常中LED燈，手機(jī)屏和帶動(dòng)兒童玩具等用電器。d.該電池的封裝較為簡單，高效快速，很多原料成本低廉，利于推廣。


圖I為一個(gè)封裝好的柔性鋰離子電池的實(shí)物圖；圖2為一個(gè)封裝好的鋰離子電池的良好柔性特性的展示示意圖；圖3為柔性鋰離子電池電壓性能測(cè)試結(jié)果示意圖；圖4為柔性鋰離子電池循環(huán)性能測(cè)試結(jié)果示意圖；圖5為柔性鋰離子電池電學(xué)穩(wěn)定性的測(cè)試結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過借助實(shí)例更加詳細(xì)地說明本發(fā)明，但以下實(shí)施例僅是說明性的，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受這些實(shí)施例的限制。以下結(jié)合最佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明實(shí)施例I.制備電池電極材料，將制備出的鈷酸鋅/碳布復(fù)合負(fù)極材料和鈷酸鋰正極材料裁成相同面積的電極片(3cmX5cm),同樣裁剪一片隔膜(Celgard2400)。在正極電極片上連接鋁片極耳，在負(fù)極電極片上連接鎳片極耳；2.按照正極電極片-隔膜-負(fù)極電極片的上下順序放入準(zhǔn)備好的鋁塑膜，后用封裝機(jī)將膜的三面封好，留一面用于后續(xù)灌注I. 05mol/L的LiPF6電解液(其中LiPF6溶于EC 與DEC體積比為I : I的溶液里)；3.將整個(gè)鋁塑膜放入手套箱中，在未封口的一面灌注電解液進(jìn)去，將鋁塑膜裝入塑料袋從手套箱中取出，將鋁塑膜未封口的一面封裝好。一個(gè)柔性的鋰離子電池封裝完畢。 封裝完成后的實(shí)物圖見附圖1，電池良好柔性特性的展示詳見附圖2 ；4.老化處理，電池系列測(cè)試。包括平臺(tái)電壓，電容量，循環(huán)性能。各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果詳見圖3、圖4，圖3表明有高達(dá)3. 3V的放電電壓，圖4表明在高容量下保持幾十次的良好的循環(huán)性能；針對(duì)柔性器件方面，也做了電學(xué)穩(wěn)定性測(cè)試，詳見圖5，圖5為柔性鋰離子電池電學(xué)穩(wěn)定性的測(cè)試，分別對(duì)柔性電池做0、30、60、90和120次折疊后測(cè)試電學(xué)，結(jié)果曲線基本沒有偏移，說明柔性電池有很好的電學(xué)穩(wěn)定性。5.應(yīng)用于許多常見用電器。研制出的柔性電池可以成功點(diǎn)亮LED燈，手機(jī)屏等。所述鈷酸鋅/碳布復(fù)合負(fù)極材料的制備實(shí)例如下實(shí)施例I將碳布依次在丙酮，水，乙醇中超聲清洗干凈，干燥后裁成統(tǒng)一面積(4cmX2cm)， 取一片碳布放入高壓反應(yīng)爸內(nèi)襯。把Immol硝酸鋅,2mmol硝酸鈷和5mmol尿素溶解于35ml 去離子水中，轉(zhuǎn)移至放入碳布的高壓反應(yīng)釜內(nèi)襯中，把反應(yīng)釜擰好蓋子放入120°C的烘干箱中反應(yīng)5h，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，取出樣品并在馬弗爐中400°C下煅燒2h。實(shí)施例2碳布的清洗采用實(shí)施例I中的清洗方式。把Immol硝酸鋅，2mmol硝酸鈷，2mmol 氟化銨和5mmol尿素溶解于35ml去離子水中,轉(zhuǎn)移至放入碳布的高壓反應(yīng)爸內(nèi)襯中，把反應(yīng)釜擰好蓋子放入120°C的烘干箱中反應(yīng)5h，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，長在碳布上的樣品在馬弗爐中400°C下煅燒2h，得到非常均勻有序長在碳布上的鈷酸鋅納米線陣列。對(duì)比實(shí)施例I可知，加入氟化銨對(duì)反應(yīng)體系的影響較大，氟離子促進(jìn)了樣品在碳布基底上的生長。實(shí)施例3碳布的清洗完全按照實(shí)施例I中的清洗方式。把Immol硝酸鋅，2mmol硝酸鈷， 2mmol氟化銨和5mmol尿素溶解于35ml去離子水中,轉(zhuǎn)移至放入碳布的高壓反應(yīng)爸內(nèi)襯中， 把反應(yīng)釜擰好蓋子放入120°C的烘干箱中反應(yīng)5h，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，長在碳布上的樣品在馬弗爐中500°C下煅燒2h，得到最終鈷酸鋅產(chǎn)物。這個(gè)方案中的煅燒溫度調(diào)整到500°C，其他均未做更改，也可以得到類似實(shí)例2中非常均勻有序長在碳布上的鈷酸鋅納米線陣列，但是陣列并不像實(shí)例2當(dāng)中產(chǎn)物陣列接近90度，而是陣列的角度變小了。實(shí)施例4碳布的清洗完全按照實(shí)施例I中的清洗方式。把2mmol硝酸鋅，4mmol硝酸鈷， 2mmol氟化銨和5mmol尿素溶解于35ml去離子水中,轉(zhuǎn)移至放入碳布的高壓反應(yīng)爸內(nèi)襯中， 把反應(yīng)釜擰好蓋子放入120°C的烘干箱中反應(yīng)5h，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，長在碳布上的樣品在馬弗爐中400°C下煅燒2h，也可以得到類似實(shí)施例2中非常均勻有序長在碳布上的鈷酸鋅陣列，實(shí)施例4是在實(shí)施例2的基礎(chǔ)上，將硝酸鋅和硝酸鈷的量加大了一倍，納米線尺寸明顯變粗，并且包覆層加厚了一些。實(shí)施例5碳布的清洗完全按照實(shí)施例I中的清洗方式。把4mmol硝酸鋅，Smmol硝酸鈷， 4mmol氟化銨和8mmol尿素溶解于60ml去離子水中,轉(zhuǎn)移至放入碳布的高壓反應(yīng)爸內(nèi)襯中， 把反應(yīng)釜擰好蓋子放入150°C的烘干箱中反應(yīng)8h，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，長在碳布上的樣品在馬弗爐中450°C下煅燒lh，也可以得到類似實(shí)施例4中非常均勻有序長在碳布上的鈷酸鋅陣列。實(shí)施例6碳布的清洗完全按照實(shí)施例I中的清洗方式。把4mmol硝酸鋅，Smmol硝酸鈷，4mmol氟化銨和IOmmol尿素溶解于60ml去離子水中,轉(zhuǎn)移至放入碳布的高壓反應(yīng)爸內(nèi)襯中，把反應(yīng)釜擰好蓋子放入180°C的烘干箱中反應(yīng)10h，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫，長在碳布上的樣品在馬弗爐中500°C下煅燒5h，也可以得到類似實(shí)施例5中的鈷酸鋅陣列。本發(fā)明不僅局限于上述具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，可以采用其它多種具體實(shí)施方式
實(shí)施本發(fā)明，因此，凡是采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和思路，做一些簡單的變化或更改的設(shè)計(jì)，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種柔性鋰離子電池,包括柔性電池外殼和位于柔性電池外殼內(nèi)部的電池主體,柔性電池外殼內(nèi)灌注有電解液；所述電池主體包括依次疊放的正極電極片、隔膜和負(fù)極電極片。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的柔性鋰離子電池，其特征在于，所述負(fù)極電極片采用鈷酸鋅 /碳布復(fù)合負(fù)極材料、氧化鋅、氧化錫、氧化鐵和氧化鎳中的一種，所述正極電極片采用鈷酸鋰、磷酸鐵鋰和錳酸鋰材料中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的柔性鋰離子電池，其特征在于，所述正極電極片采用鈷酸鋰材料，所述負(fù)極電極片采用鈷酸鋅/碳布復(fù)合負(fù)極材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的柔性鋰離子電池，其特征在于，所述鈷酸鋅/碳布復(fù)合負(fù)極材料按照如下方式制備(a)清洗炭布,放入高壓反應(yīng)爸內(nèi)襯；(b)將I 4mmo1硝酸鋒、2 8mmol硝酸鉆、0 4mmo1氣化按和5 IOmmol尿素混合后溶解在去離子水中后轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜內(nèi)襯中，對(duì)反應(yīng)釜加熱，自然冷卻，得到長有陣列樣品的碳布；(C)對(duì)長有陣列樣品的碳布煅燒得到鈷酸鋅陣列/碳布復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的柔性鋰離子電池，其特征在于，所述柔性電池外殼采用鋁塑膜、PDMS、PET中的一種。
6.一種高性能柔性鋰離子電池的封裝方法，包括以下步驟(1)將由正極電極片、隔膜和負(fù)極電極片依次疊放形成的電池主體置于柔性電池外殼內(nèi)；(2)在柔性電池外殼內(nèi)灌注電解液；(3)對(duì)柔性電池外殼進(jìn)行封裝。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高性能柔性鋰離子電池的封裝方法，其特征在于，所述負(fù)極電極片采用鈷酸鋅/碳布復(fù)合負(fù)極材料、氧化鋅、氧化錫、氧化鐵和氧化鎳中的一種，所述正極電極片采用鈷酸鋰、磷酸鐵鋰和錳酸鋰材料中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高性能柔性鋰離子電池的封裝方法，其特征在于，所述正極電極片采用鈷酸鋰材料，所述負(fù)極電極片采用鈷酸鋅/碳布復(fù)合負(fù)極材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的高性能柔性鋰離子電池的封裝方法，其特征在于，所述鈷酸鋅/碳布復(fù)合負(fù)極材料按照如下方式制備(a)清洗炭布,放入高壓反應(yīng)爸內(nèi)襯；(b)將I 4mmo1硝酸鋒、2 8mmol硝酸鉆、0 4mmo1氣化按和5 IOmmol尿素混合后溶解在去離子水中后轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜內(nèi)襯中，對(duì)反應(yīng)釜加熱，自然冷卻，得到長有陣列樣品的碳布；(C)對(duì)長有陣列樣品的碳布煅燒得到鈷酸鋅陣列/碳布復(fù)合材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高性能柔性鋰離子電池的封裝方法，其特征在于，所述柔性電池外殼采用鋁塑膜、PDMS和PET中的一種。
全文摘要
本發(fā)明提供一種柔性鋰離子電池，包括柔性電池外殼和位于柔性電池外殼內(nèi)部的電池主體，柔性電池外殼內(nèi)灌注有電解液；所述電池主體包括依次疊放的正極電極片、隔膜和負(fù)極電極片。所述負(fù)極電極片采用鈷酸鋅/碳布復(fù)合負(fù)極材料、氧化鋅、氧化錫、氧化鐵和氧化鎳中的一種，所述正極電極片采用鈷酸鋰、磷酸鐵鋰和錳酸鋰材料中的一種。本發(fā)明還提供了制備上述電池的方法。本發(fā)明能有效的解決現(xiàn)有鋰離子電池的柔性差，電容量較低，循環(huán)性不理想和電學(xué)穩(wěn)定性不好的問題，而且該電池的封裝較為簡單，高效快速，很多原料成本低廉，利于推廣，具有很高的實(shí)用性。
文檔編號(hào)H01M10/0525GK102544574SQ20111045646
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者劉彬, 沈國震, 陳娣 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)